CN117716214A - 操作科里奥利质量流量计的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于操作科里奥利质量流量计的方法(100)，科里奥利质量流量计具有用于传导介质的能振动的至少一个测量管，该方法包括：激励(110a)至少一个测量管的第一对称弯曲振动模式；激励(110b)至少一个测量管的第二对称弯曲振动模式；基于至少一个测量管的第一科里奥利变形和第一存储的模式特定的零点误差值来确定(120a)第一质量流率测量值；基于至少一个测量管的第二科里奥利变形和第二存储的模式特定的零点误差值来确定(120b)第二质量流率测量值；以及确定(130)作为第一质量流率测量值和第二质量流率测量值之间的偏差的函数的质量流率测量的零点偏差值。

Description

操作科里奥利质量流量计的方法

技术领域

本发明涉及一种用于操作具有用于传导介质的能振动的至少一个测量管的科里奥利(Coriolis)质量流量计的方法。

背景技术

在任何测量设备的操作期间，能够发生测量误差，包括在科里奥利质量流量计的情况下，其中，原则上在零点误差和量程误差之间进行区分。零点误差的产生尤其是由于测量管振动行为的不对称性。

国际公开WO 2019/045703 A1描述了测量管的刚度会随着时间而改变，例如，由于磨损或腐蚀，其中，零点误差不会改变。例如，能够基于激励信号与传感器信号的比率来识别由于改变的测量管刚度而导致的测量误差。

发明内容

相反，改变零点的不对称性可能是由不均匀衰减引起的，并且无法用迄今为止描述的操作方法进行检测。当然，在工厂校准的情况下，能够针对在静止介质(即流率为零)中所考虑的振动模式来确定对应的零点误差，并且能够在计算流量测量值时相应地减去对应的零点误差。然而，在正在进行的测量操作期间，利用先前的监测方法无法检测零点误差与在工厂校准时的状态相比是否发生了改变。因此，这将导致在确定质量流率时的测量操作期间未检测到的测量误差。因此，本发明的目的是提供一种补救措施，并且具体说明一种能够及时地检测变化的零点的操作方法。根据本发明，通过根据独立权利要求1所述的方法来实现该目的。

根据本发明的用于操作具有用于传导介质的能振动的至少一个测量管的科里奥利质量流量计的方法包括：

激励至少一个测量管的第一对称弯曲振动模式；

激励至少一个测量管的第二对称弯曲振动模式；

基于第一存储的模式特定的零点误差值和至少一个测量管的第一科里奥利变形来确定第一质量流率测量值；

基于第二存储的模式特定的零点误差值和至少一个测量管的第二科里奥利变形来确定第二质量流率测量值；以及

确定作为第一质量流率测量值和第二质量流率测量值之间的偏差的函数的质量流率测量的零点偏差值。

第一科里奥利变形是由流动介质响应于测量管在第一对称弯曲振动模式下的振动而产生的惯性力引起的。第二科里奥利变形是由流动介质响应于测量管在第二对称弯曲振动模式下的振动而产生的惯性力引起的。

由于在正在进行的测量操作期间不容易获得零点误差，因此这里确定第一质量流率测量值与第二质量流率测量值之间的偏差值，并且该偏差值被解释为零点偏差值，即，作为第一质量流率测量值或第二质量流率测量值的零点误差的时间变化之间的偏差。

在本发明的一个改进中，方法还包括监测零点偏差值并且如果至少一个零点偏差值超过阈值则用信号通知误差状态。

在这种情况下，本发明的出发点是：较大的零点偏差值要求所考虑的质量流率测量值的零点误差的足够变化。在这方面，根据本发明的方法将零点偏差值指示为零点误差的指示。然而，如果所考虑的质量流率测量值的零点误差发展相同，则根据本发明的方法将失败，因为将无法检测到可变的零点偏差值。然而，这是一个非常理论上的问题，因为零点误差的一致发展是非常不可能的。正如开始已经提到的，零点误差是测量管振动行为中的不对称的结果，这尤其是由于不对称分布的局部衰减(例如，由于累积和/或微磨损)而发生的。然而，这些局部衰减对相关振动模式具有不同的影响，因为受局部衰减影响的振动能量的分布沿着所考虑的振动模式之间的测量管是非常不同的。

在本发明的一个改进中，确定第一质量流率测量值和第二质量流率测量值在每种情况下包括：在每种情况下基于至少一个测量管的对应科里奥利变形来确定初步质量流率测量值；在每种情况下确定第一初步质量流率测量值和第二初步质量流率测量值的校正因子，用于通过由于在测量管中传导的介质的气体负载而产生的谐振器效应影响质量流量计；以及利用对应质量流率校正因子来校正两个初步质量流率测量值。

在本发明的一个改进中，方法还包括：基于多个弯曲振动模式的固有频率来检查质量流量计是否受到由于在测量管中传导的介质的气体负载而产生的谐振器效应的影响；其中，在这种情况下，第一质量流率测量值和第二质量流率测量值的确定在每种情况下包括：在每种情况下基于至少一个测量管的对应科里奥利变形来确定初步质量流率测量值；在每种情况下确定第一初步质量流率测量值和第二初步质量流率测量值的校正因子，用于通过由于在测量管中传导的介质的气体负载而产生的谐振器效应影响质量流量计；以及利用对应质量流率校正因子来校正两个初步质量流率测量值。

在本发明的一个改进中，方法在静止介质中执行，其中，该方法还包括：

基于第一质量流率测量值来更新第一零点误差值；以及

基于第二质量流率测量值来更新第二零点误差值。

在一个改进中，方法还包括：在确定零点偏差值之前，关于以下影响变量中的至少一个变量的影响来校正第一质量流率测量值和第二质量流率测量值：介质压力、介质温度和雷诺数。这些校正确保对不同的弯曲振动模式产生不同影响的影响变量不会导致零点偏差值的任何伪造。

根据本发明的科里奥利质量流量计包括：至少一个测量管，其用于传导介质；至少一个激励器，其用于激励至少一个测量管的弯曲振动模式；至少一个传感器，其用于检测至少一个测量管的弯曲振动；测量和操作电路，其被配置成驱动激励器，检测至少一个传感器的信号，基于至少一个传感器的信号来确定质量流率测量值，并且执行根据权利要求1至7中的任一项所述的方法。

附图说明

基于附图中所示的示例性实施例更详细地解释本发明。图中：

图1a示出了用于执行根据本发明的方法的根据本发明的科里奥利质量流量计的示例性实施例的侧视图；

图1b示出了从图1a的根据本发明的科里奥利质量流量计的示例性实施例的空间图示。

图2a示出了第一对称弯曲振动模式的弯曲线的示意图；

图2b示出了由于第一对称弯曲振动模式中的质量流量和测量管振动而引起的科里奥利变形的示意图；

图2c示出了基于第一对称弯曲振动模式的局部衰减对流量测量的影响的示意图；

图3a示出了第二对称弯曲振动模式的弯曲线的示意图；

图3b示出了由于第二对称弯曲振动模式中的测量管振动和质量流量而引起的科里奥利变形的示意图；

图3c示出了基于第二对称弯曲振动模式的局部衰减对流量测量的影响的示意图；

图4a示出了根据本发明的用于操作科里奥利质量流量计的方法的示例性实施例的流程图；

图4b示出了从图4a的根据本发明的方法的示例性实施例的部分步骤的详细流程图；以及

图4c示出了根据本发明的用于操作科里奥利质量流量计的方法的改进的示例性实施例的流程图。

具体实施方式

图1a和1b示出了根据本发明的科里奥利质量流量计2的示例性实施例，其被设计成执行根据本发明的方法。科里奥利质量流量计2具有两个振动安装的测量管A和测量管B，每个测量管具有弓形形状并且彼此平行延伸。科里奥利质量流量计2能够插入到管道(未示出)中，使得在管道中流动的流体流过两个测量管A、B。在入口侧处和在出口侧处，测量管A、B各自被封装在流量分流器或收集器4、6中，后者通过支撑管T彼此刚性连接。测量管的入口侧端部和出口侧端部因此也被偶接到支撑管T，由此有效地抑制了测量管的入口侧端部和出口侧端部之间的相对运动。

在两个测量管A、B之间布置有电动激励器8，通过该电动激励器8能够激励两个测量管A、B以相对于彼此执行弯曲振荡，其中，测量管A、B的自由振荡长度由偶接元件10、11限定，测量管在入口侧和出口侧通过偶接元件10、11机械地偶接。在两个测量管A、B之间，电动振动传感器14、16布置在入口侧部分和出口侧部分上。科里奥利质量流量计2还包括用于向激励器8馈送激励器电流并且用于检测和评估电动振动传感器14、16的测量信号的运算和评估电路18。科里奥利质量流量计2还包括第一温度传感器(此处未示出)，其例如布置在第一偶接元件10上以便确定表示测量管A、B的温度的第一温度测量值。温度传感器在偶接元件10上的定位就偶接元件仅连接到测量管A、B而言是适当的，使得偶接元件的温度很大程度上由测量管的温度限定。同样，温度传感器还能够布置在测量管中的一个上，特别是布置在由偶接元件限定的振动部分的外部，由此实现温度传感器的更短的响应时间。测量和操作电路18被配置成检测来自温度传感器的测量信号，该测量信号表示温度测量值，该温度测量值例如进入与温度相关的弹性模量的计算。

为了执行根据本发明的方法，有利的是，测量和操作电路还具有用于压力测量值p的输入，以便能够在执行根据本发明的用于操作科里奥利质量流量计的方法时考虑介质压力。

虽然图1a和1b示出了具有在静止位置弯曲的一对测量管的科里奥利质量流量计的示例性实施例，本发明同样适用于具有单个测量管或具有多对测量管的科里奥利质量流量计。类似地，代替所示的在静止位置相对于测量管横向平面以镜面几何形状弯曲的测量管，还可以使用甚至S形测量管或直测量管来实现本发明。

下面参考图2a至c和图3a至c来描述本发明基于的原理。基于科里奥利原理的质量流量测量对振动与其理想对称形状的偏差进行评估，其中，该偏差是由其大小与质量流量成比例的反对称科里奥利变形的叠加引起的。图2a和图3a示意性地示出了测量管的前两个对称弯曲振动模式沿测量管的纵向坐标ζ的弯曲线a₁(ζ)、a₃(ζ)，其中，图2b和图3b各自表示测量管的相关联的科里奥利变形c₁(ζ),c₃(ζ)，其各自附加在相关联的弯曲振动模式上。在目前的场境中，详细的曲线不是至关重要的。唯一必要的是，不同模式的科里奥利变形在纵向方向上的不同位置处具有其最大值和最小值。因此，示出的科里奥利变形对局部衰减具有不同的交叉敏感度，因为在科里奥利变形的最大值处的局部衰减明显与在科里奥利变形的零点处的局部衰减具有不同的影响。这种局部衰减(例如由于累积形成和/或微磨损或气体夹杂物而可能产生的)作为零点误差，如图2c和图3c所示。每条曲线都示出了作为衰减的位置ζ和相关联的包络曲线H1、H3的函数的第一和第二对称弯曲振动模式的不同局部衰减的流量测量值Δo₁(ζ),Δo₃(ζ)中实验确定的变化。通过在测量管上施加接触表面约为1cm²的阻尼质量来实现衰减。在正常测量操作中，使用根据现有技术的方法无法识别这些零点误差。然而，根据本发明，通过比较基于不同弯曲振动模式的两个质量流率测量值，可以确定是否出现偏差。如果能够排除其他原因，则能够将此偏差指定为零点误差。

现在参照图4a所示的示例性实施例更详细地解释根据本发明的用于零点监测的方法的顺序。根据本发明的方法100开始于激励110a至少一个测量管的第一对称弯曲振动模式和激励110b至少一个测量管的第二对称弯曲振动模式。特别是同时激励两个对称弯曲振动模式。

基于至少一个测量管的第一科里奥利变形和第一存储的模式特定的零点误差值来确定120a第一质量流率测量值，并且基于至少一个测量管的第二科里奥利变形和第二存储的模式特定的零点误差值来确定120b第二质量流率测量值。通过两个振动传感器的速度最大值之间的模式特定的时间延迟τ_i的线性函数来确定每个质量流率测量值根据：

其中，calf_i和o_i分别描述模式特定的校准因子和模式特定的零点误差，其例如在初始调整期间确定并且存储在测量和操作电路的存储器中。

理想情况下，适用于基于两种不同的弯曲振动模式同时采集的质量流率测量值，其中，ε是零点偏差的阈值。为了检查满足该条件的程度，确定130两个质量流率测量值之间的差值量并且将该差值量指定为零点偏差值以及随后存储该零点偏差值。

随后将零点偏差值与阈值ε进行比较140，其中，当零点偏差值超过阈值时，则用信号通知150误差。否则，如果没有该信号通知，则方法的新运行开始。阈值能够是例如测量范围的0.1％。

在一个改进中，还能够监测零点偏差值的时间发展并且将其外推为例如时间的线性函数，其中，根据外推，如果在被定义的时段(例如一个月或一周)内预期会超过阈值，则也能够信号通知维护的需求。

图4b现在详细示出了如何进行质量流率测量值的确定120a、120b。在模式特定的校准因子calf_i具有模式特定的交叉敏感度的情况下，则在能够确定零点偏差值之前必须首先校正其影响。在第一子步骤中，同时确定121a、121b模式特定的时间延迟τ_i。随后，根据下式来计算121a、121b模式特定的初步校准因子calf_i：

calf＇_i＝calf_{ref i}Π_jK_i，j，

其中，calf_{ref i}描述了在参考条件下的模式特定的校准因子，并且K_i,j是模式特定的校正因子，其在每种情况下校正密度、粘度、温度、压力和介质可压缩性的影响之一。

用于校正密度、粘度、温度和压力的影响的细节对于流量测量技术领域的普通技术人员来说是熟悉的并且例如在EP 0261 435 B1、DE 102007 061 585 A1、DE 102007008197 A1和DE 102009012474 A1以及其中引用的现有技术中进行了描述。

例如，在EP 3394575 B1中描述了用于校正介质可压缩性的影响的细节。

基于初步模式特定的校准因子calf'_i，计算122a、122b初步模式特定的质量流率测量值

通过初步模式特定的质量流率测量值随后根据下式来确定123a、123b最终模式特定的校准因子：

calf_i＝calf＇_iK_{j Rc}，

其中，K_{j Re}是用于模式特定的雷诺数校正的因子。

例如，在EP 1 055 102 B1中描述了关于雷诺数校正的细节。

利用以这种方式确定的最终模式特定的校准因子calf_i，最终根据下式进行模式特定的质量流率测量值的计算124a、124b：

由此完成方法步骤120a、120b。

图4c最后示出了方法的修改实施例100'，其允许更新模式特定的零点误差o_i，假设关于流量是否实际上为零的信息可用。例如，如果状态“关闭”导致要监测的流量中断，则能够通过阀的状态信息来确保这一点。在质量流率测量值的计算120a、120b之后提供了阀是否打开的询问125。在肯定的情况下，方法如先前一样继续确定130质量流率测量值之间的差值量。然而，在否定的情况下，随后检查126质量流率测量值是否偏离零不超过公差值。在肯定的情况下，方法再次从头开始。然而，在否定的情况下，检查之后是分析127模式特定的零点误差o_i，其对应于质量流率测量值，因为后者当前必须为零。例如，检查是否超过零点误差的模式特定的警报极限值，其中，在这种情况下输出误差消息。

同样地，例如还确定自上次安全确定以来零点误差以何种平均变化率进行变化。根据本发明的一个实施例，因此能够针对在相同的过程条件下何时能够预期类似的变化和/或超过零点误差的模式特定的警报极限值来发出预测。输出关于预期时间点的消息。最后，在方法的新运行开始之前，将当前模式特定的质量流率测量值存储128为新的模式特定的零点误差o_i。

Claims (8)

1.一种用于操作科里奥利质量流量计的方法(100)，所述科里奥利质量流量计具有用于传导介质的至少一个能振动的测量管，所述方法包括：

激励(110a)所述至少一个测量管的第一对称弯曲振动模式；

激励(110b)所述至少一个测量管的第二对称弯曲振动模式；

基于所述至少一个测量管的第一科里奥利变形和第一存储的模式特定的零点误差值来确定(120a)第一质量流率测量值；

基于所述至少一个测量管的第二科里奥利变形和第二存储的模式特定的零点误差值来确定(120b)第二质量流率测量值；以及

确定(130)作为所述第一质量流率测量值和所述第二质量流率测量值之间的偏差的函数的质量流率测量的零点偏差值。

2.根据权利要求1所述的方法(100)，还包括：

监测(140)所述零点偏差值；以及

如果至少一个零点偏差值超过阈值，则用信号通知(150)误差状态。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括：

确定(150)所述零点偏差值的变化率，并且如果所述零点偏差值的所述变化率超过阈值，则用信号通知误差状态。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，确定所述第一质量流率测量值和所述第二质量流率测量值在每种情况下包括：

在每种情况下基于所述至少一个测量管的对应科里奥利变形来确定初步质量流率测量值；

在每种情况下确定第一初步质量流率测量值和第二初步质量流率测量值的校正因子，用于通过由于在所述测量管中传导的所述介质的气体负载而产生的谐振器效应影响所述质量流量计；以及

利用对应质量流率校正因子来校正两个初步质量流率测量值。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括：

基于多个弯曲振动模式的固有频率来检查所述质量流量计是否受到由于在所述测量管中传导的所述介质的气体负载而产生的谐振器效应的影响；

其中，在这种情况下，所述第一质量流率测量值和所述第二质量流率测量值的确定在每种情况下包括：

在每种情况下基于所述至少一个测量管的对应科里奥利变形模式来确定初步质量流率测量值；

在每种情况下确定所述第一初步质量流率测量值和所述第二初步质量流率测量值的校正因子，用于通过由于在所述测量管中传导的所述介质的气体负载而产生的谐振器效应影响所述质量流量计；以及

利用对应质量流率校正因子来校正两个初步质量流率测量值。

6.根据前述权利要求中的一项所述的方法，

其中，所述方法在静止介质中执行，所述方法还包括：

基于所述第一质量流率测量值来更新所述第一零点误差值；以及

基于所述第二质量流率测量值来更新所述第二零点误差值。

7.根据前述权利要求中的一项所述的方法，还包括：

在确定零点偏差值之前，相对于以下影响变量中的至少一个的影响来校正所述第一质量流率测量值和所述第二质量流率测量值：介质压力、介质温度和雷诺数。

8.一种科里奥利质量流量计(2)，包括：

至少一个测量管(A,B)，所述至少一个测量管(A,B)用于传导介质；

至少一个激励器(8)，所述至少一个激励器(8)用于激励所述至少一个测量管(A,B)的弯曲振动模式；

至少一个传感器(14,16)，所述至少一个传感器(14,16)用于检测所述至少一个测量管的弯曲振动；

测量和操作电路(18)，所述测量和操作电路(18)被配置成驱动所述激励器(8)，检测来自所述至少一个传感器(14,16)的信号，基于来自所述至少一个传感器(14,16)的所述信号来确定质量流率测量值，以及执行根据权利要求1至7中的任一项所述的方法。